JPH11514082A - 冶金用炉ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冶金炉ユニット（１）において、回転及び／又はティルト又は類似の動作をする円筒形の炉本体（２）を有し、炉本体（２）にはその外側に取付られ且つ前記動きを生じさせ得るように機能する少なくとも１つのリング（７）が設けられる。各リング（７）は炉本体（２）から距離を隔てて配置されると共に、炉ユニット（１）の長手方向に延在する力伝達サポート部材（６）の手段により前記本体に連結される。サポート部材（６）は熱膨張に起因する炉本体（２）の動きがリング（７）に伝わるのを妨げるようにしてあるとともに、炉本体の固有の重量と炉のチャージ重量とによる外部負荷を吸収する。本発明の特徴とするところは、サポート部材（６）が炉本体（２）を取囲む閉じたマントルの形態をもち、同マントルは炉本体（２）とリング（７）とにそれぞれ十分フレキシブルな取付けによって連結されており、これゆえマントル（６）と炉本体（２）との間の所定の制限された角度変化を許容することにある。この角度は熱膨張に起因する炉本体（２）の動きの結果として変化する。本発明に係るこれらの取付の設計の結果、実際のマントル（６）の重大な湾曲ないし他の変形を全く伴うことなく、これらの動きはなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】 冶金用炉ユニット 本発明は冶金用炉ユニットに関し、回転及び／又はピボット又は類似の動きを するようにした円筒形の炉本体を備えており、これらの動きは請求の範囲第１項 のプリアンブルに従って、炉本体の外側に取付けられた少なくとも１つのリング の手段によって可能にされる。本発明は特に上吹き回転転炉に関する。 「冶金用炉ユニット」というとき、一般的には、ユニットプロセスに関連して 要求される最も高い温度において高温冶金ユニットプロセスが実行されるプロセ ス機器を意味する。本明細書においては、「冶金用炉ユニット」の語は、厳密な 高温冶金プロセス以外の冶金プロセス、例えば無機高温プロセスが実行される炉 ユニットをも含むものとする。炉ユニットは精錬炉、キルン、又は、他の種類の 熱処理炉であることもあり、回分式のプロセスのためのもの又は連続プロセスの ためのもののいずれのものでも有り得る。そのような炉ユニットの炉本体のまわ りには１又は複数のリングが設けられており、これらのリングは一般的にマウン ティングリングとして知られており、これは、スライドリング、ティルトリング 、又は、サポートリングの機能を有する。これらのリングに共通する特徴は、炉 本体自体の外側すなわちユニットの円形の外側ケーシング壁の外面にリングが取 付けられているということである。 多くの異なるタイプの冶金用炉ユニットが入手可能であり、それぞれは前記ユ ニットによって実行される具体的な動きのために設計されている。例えば、当業 者に知られている様々な種類の連続動作回転炉では、いくつかのリングを備えて おり、かかるリングはドライブローラ又は単にサポートローラであるローラ上に 載せられて、炉はわずかに傾斜している。異なるタイプの動きをする水平動作転 炉を設計することもまた必要とされ、例えば、その各長軸を中心としてティルト 動作したり回転動作することが求められる。そのような転炉もまた、自由回転す るものであれ、ドライブされるローラであれ、ローラの上に載せられており、か かるローラの助けによってティルト又は回転することができる。また、当業界に おいて一般的に非水平型転炉と称されるグループの炉ユニットも知られている。 そのような転炉に共通する特徴は、炉の長手方向の軸線に対して垂直に延在する 軸線を中心として、炉を傾けまたは回転させることができることであり、炉には 底部分が設けられるとともに、前記底部分に対して転炉の長手方向の反対側には 開口を備えた上部分が設けられている。そのような転炉は、ＬＤ、Ｔｈｏｍａｓ 、ＯＢＭ、又は、ＢＯＬＤ型の転炉として知られるタイプの直立転炉であるか、 又は、ＴＢＲＣ又はＫａｌｄｏ型の転炉としばしば称される傾斜した回転転炉で ある。 回転転炉はティルト及び／又は捩れの動作が可能であるのに加え、炉の長手軸 線を中心として、しばしば比較的高い速度で回転することができるべきである。 転炉は、例えば、混合動作、及び反応プロセスに関連して回転するとともに、チ ャージ動作、ブロー動作、スラグ回収、炉からの排出、及び炉の張替えの動作に 関連して旋回する。 上述した種類のすべての冶金用炉ユニットについて共通する問題点は、動作中 に炉ユニット及び炉壁に生じる大きな温度変化の結果として使用中に複雑化さを 引き起こすことなくリングを炉本体のまわりに取付けるということである。これ らの温度変化は空間の次元及び時間の次元の両方にわたる。さらに、冶金プロセ ス中に炉ユニットを操作すなわち回転及びピボット又は旋回させなければならな いときに、そのような炉ユニットとその内容物との重たい重量が問題を生じさせ る。これらの温度変化の結果として、炉ユニットは半径方向及び長手方向の両方 に膨張及び収縮を交互にするであろう。さらに、炉ユニットの膨張は炉本体の全 体にわたって均一ではないだろう。従って、リングが炉壁の外側に直接取付けら れているとすると、リングは熱膨張に起因する炉壁の動きに追従しないために問 題が生じる。それゆえ、リングは所定の量の遊びないしクリアランスをもって取 付けられるか、又は、リングが炉本体のまわりにスライドできるように取付けら れる。しかしながら、このことは、今度はリングと炉本体との間に好ましくない ギャップをもたらし、この結果、特に炉の使用中に動かさなければならない重い 負荷のために、リング及び炉壁の双方に大きな摩耗を生じさせる。近年、これら の問題に対する様々な構造的な解決策が提案されており、例えば、様々なタイプ の可動式のボルト結合によってリングと炉本体とを取付けるものなどがある。そ のような構造の１つは、ＧＢ−Ａ１２１８４４１号に開示されており、これによ れば、マウンティングリングは、例えばＫａｌｄｏ型転炉の炉壁に対して、支持 体と「弾性的に」伸縮できるボルトとの助けによって固定されており、同ボルト は炉の長手軸線に平行に配置されるリングと支持体とを貫通する細長い断面の開 口に配置され、ボルトの両端において炉の放射状に延びる、各開口部の長手軸線 がそれぞれリング及び支持体により設けられたベアリング面によって支持される 。これにより、各ボルトは放射状平面内においてピボットすることができる。従 って、ボルトは実際にはある種の斜め外向きに作用するリンクと同じ機能を果す 。 炉本体にリングが取付けられている公知のすべての及び試験済みの構造につい ての共通する欠点は、炉本体の摩耗の量が膨大であることであり、このことは頻 繁かつ定期的なメンテナンス作業を要求し、従って勿論、多額のメンテナンスコ ストが必要となる。これら公知の及び試験済みの構造が本当の成功をおさめてい ないのはこの理由のためである。当然ながら、より高い負荷のもとでは炉本体の 摩耗は増加するので、炉ユニットの構造をより大きくすれば問題もまた深刻にな る。チャージ重量はしばしば１００ｔｏｎに達するという事実からみると、前述 した問題点は非常に重要である。炉構造におけるいかなる好ましくない遊びも非 常に面倒な問題になり得、ひどい摩耗問題につながり、そして、高い回転速度に おいては回転アンバランスが摩耗問題をさらに悪くする。 ＤＫ−Ａ６８７８６号は、いわゆる弾性的なサポートエレメントの手段によっ て、サポートリングを炉の外面に結合させる解決手段を提案している。これらの サポートエレメントは、例えば、数列のボルトの助けによって、炉の外側円筒面 とサポートリングとの両方に堅固に固定される。各サポートエレメントは、熱膨 張に起因する炉本体の動きを吸収するために強制的に曲げられる。このように材 料の固有の弾性が利用されているため、この解決策は技術的にききめがあり、ま た、このような状況において明らかに適切な解決策である。そのようなサポート エレメントの弾性的性質を利用することを容易にするために、前記エレメントを 板状の形態にしたり、アイアンの形状ないし輪郭にしたり、これに似たエレメン トにし、さらに前記エレメントを前記サポート部材が炉のケーシングに連結され る端部において短い円筒形の部材に連結することもできるとされている。炉ユニ ットがケーシングを備えているときには、ケーシングは、弾性的なサポート部材 の曲げを容易にすべく軸方向にスロットを備えているのが好ましい。本発明の誕 生と関連して、すでに提案されてはいるがいまだ（少なくとも我々の知る限りで は）試験されていない試みについて、サポートリングを備えた炉本体の熱膨張に 関連する前述した問題を解くために計算を行った。しかしながら、近代的なコン ピュータ化されたＦＥＭ解析による機械強度計算によれば、そのような構造では 大きな荷重及び多数の負荷交番（炉の回転）により高い疲労応力が生じて、いく つかの位置において炉本体を疲労破壊の危険にさらす。これは、特に、スロット の半径部及びアタッチメント孔における応力集中によるもので、構造の利用可能 な寿命を著しく減少させる。明らかに欠点のある公知の構造が一般的に利用され てこなかった１つの理由は、たぶん、テストランを実行して得られたネガティブ な経験のためであろう。もしそうならば、今日においては、そのようなネガティ ブな経験を現代的なコンピュータ化された強度計算の助けによって説明すること が可能である。 導入部で述べているように本発明は回転転炉のみに限定されるものではないけ れども、本発明は特に、転炉を回転及びティルトないしピボットさせることが必 要であるという、転炉で広く行われている特殊な動作条件が理由の一部となって マウンティングリングの取付に関する問題が最も重大であるような炉ユニットに 関するものである。これらの問題は転炉に関する経験を有するすべての冶金学者 のよく知ることである。 本発明の目的は、上述したような炉ユニットを回転させ、ティルトさせ及び／ 又はピボットさせるのに用いるマウンティングリングの取付けに関連する先の問 題を実質的に除去することができるデザインの冶金用炉ユニットを提供すること である。本発明の他の目的は、動作が信頼できるとともに、既に公知の炉ユニッ トよりも少ないメンテナンスコストで済む冶金用炉ユニットを提供することにあ る。これらの目的は請求の範囲に記載する特徴を有する冶金用炉ユニットによっ て達成される。 従って、本発明に係る炉ユニットは、リング、すなわち、サポートリング、テ ィルトリング、及びこれに類似するようなマウンティングリングを備えており、 同リングは炉本体のまわりに炉本体と間隔を隔てた関係で取付けられており、各 リングは炉ユニットの長手方向に伸びる力伝達サポート部材によって炉本体に結 合されており、同サポート部材は熱膨張による炉本体の動きがリングに伝達する のを防止する機能を有するとともに、同時に、炉ユニット及びその収容可能内容 物からの負荷をリングに伝達する。本発明によれば、サポート部材は閉じたケー シングを備え（以下マントルと称する）、これは炉本体を取囲み前記本体とリン グとのそれぞれに対してフレキシブルな連結材によって結合されており、炉本体 の前記熱膨張の動きに応じてマントルと炉本体及びマントルとリングそれぞれの 間の角度の制限された変化を可能にする。この解決策によれば、サポート部材の 曲げを要求したり、実際にマントルが何らかの変形をするように要求することな しに、そのような動きに関連する問題を解決することができる。かくして、熱膨 張は、本質的に、マントルの変形なしに吸収することができる。これをもってマ ントルは「膨張吸収する」と言うことができる。 従って、「膨張吸収マントル」とは、炉本体に取付けられた箇所において温度 適合により単に実際の炉本体の熱膨張の動きに追従することによって、構造材料 （通常は鋼）の自然かつ特別な特性を利用すべく構成され適合され、一方で他端 部が低目の温度に加熱されるとともに比較的小さな温度変化にさらされるので、 マウンティングリング及びこの状況下でのわずかな膨張に適合した比較的一定の 直径を保つマントルを意味する。 マントルは円筒形の形状を有し、一端部ないし端部付近において炉本体に取付 けられたフランジないし類似物に連結され、同フランジは炉本体から外向きに突 出しており、その半径方向への拡張は、炉本体が冷たい、すなわち熱的に膨張し ていないときの炉ユニットとマウンティングリングとの間の直径差に一致すべき である。変形例として、マントルは円錐形の形状を有してもよく、最小断面積を 有する端部において炉本体に連結される。 理想的には、実際の炉本体とマントルないしマントルのうちマウンティングリ ングを支持する部分との間には熱絶縁シールドを設けるのがよく、リング、及び サポートリング、及び関連するベアリングの温度及び温度変化を可能な限り低い レベルに維持する。マントル及び／又は炉本体から突出したフランジには空気流 通孔を設けてもよい。これにより、炉本体とマントルとの間の空気循環が容易に なり、炉本体の表面温度を許容できる低いレベルに保つことが可能になる。 次に、本発明の好ましい実施形態であるＫａｌｄｏ型の転炉をより詳細に参照 しつつ添付図面を参照して説明する。図１はＫａｌｄｏ型の転炉の炉容器を示す 側面図であり、図２は同一の炉容を破断して示す側面図であり、図３はＫａｌｄ ｏプラントの原理を示す図であり、図４はマントルを炉にフレキシブルに取付け る原理を示す図であり、図５は本発明による好ましい実際的なマントルの取付の 実施形態を示す図である。 図１及び図２に示すのは、Ｋａｌｄｏタイプの炉ユニット１であって、円筒形 の炉本体２及び円錐形の底部分３及び円錐形の上部分４を備えている。炉ユニッ ト１はその幾何学的な長手軸線５を中心として回転することができる。円筒形の 炉本体２の外側一部分には膨張吸収マントル６が設けられ、同マントルは一端に サポートリング７を保持している。マントル６は円形のフランジ８を介して炉本 体に結合されており、同フランジは円筒形の炉本体の円周全体にわたって突出し つつ炉本体に連結されている。マントル６の取付け方は図２に最もよく示されて いる。また、炉本体２には保護リング９が取付けられており、スラグ又は他の材 料の粗片がサポートリング７とサポートホイール１３との間に入ることを防止し ている。変形例として、マントル６を炉本体２に直接取付けることもできる。こ の後者の場合には、マントル６は円錐形状を有することになろう。マントル６の 炉本体２への、即ち炉本体フランジ８への取付け、及びサポートリング７への取 付けは、それぞれフレキシブルな連結形態を有している。このフレキシブルな連 結は、種々のやり方で達成することができよう。例えば、連結部において制限さ れた角度変化が生じることを許容する一般的な能力を有する取付けは、クランプ 連結を備えた特別に設計された溶接によって、又は、特別に設計されたフランジ 結合によって得ることができる。かくして、マントル６の両端部の取付は、適切 に適合された熱伝達が得られると共に、取付点における温度を均等にするように 設計されている。マントル６は各個別ケースにおける具体的な用途に対して好適 と考えられるいかなる品質の構造鋼で作ることもできる。 図３は、使用中の炉ユニットを備えたＫａｌｄｏ型のプラントを示している。 炉ユニット１はその長手方向が傾斜しており、サポートベアリング１１に載り、 ギアボックスを備えた油圧モータ又は電気モータであるドライブモータ１２の手 段によって長手軸線５を中心として回転させられる。炉ユニット１は、炉ユニッ ト１の下側部分に沿って配置されたサポートホイール１３に載った状態で回転す る。ホイール１３はサポート構造１４内のベアリングに保持されている。炉ユニ ット１にはサポートリング７が設けられ、同サポートリングは膨張吸収マントル ６の一端に取付けられ、同マントルは円筒形の炉本体２に溶接され又は他の適当 な手段で固定されたフランジ８へと取付けられている。 図４は、円錐形の膨張吸収マントル６を取付けた様子を示しており、マントル の最小断面積側の端部は炉本体２に直接フレキシブルに固定されており、前記取 付点６ａを丸印によって模式的に示しているとともに、他の堅固でない乃至フレ キシブルな取付点についても同様に示している。円錐形のマントル６は図３に示 した円筒形のマントル６と同様の機能を有する。 図５は、膨張吸収タイプのマントルの取付けの好ましい実施形態を示している 。炉本体２はフランジ８を有し、同フランジはその陥凹部１７ａ内に、マントル ６の図中における左側部分を構成するマントルフランジ１７に適合する。マント ル６の右側部分もまた、符号１６にて示すように、フランジとして形成されてお り、これに対応すべく形成されたサポートリング７の陥凹部１６ａに適合する。 炉本体フランジ８及び左側のマントルフランジ１７を貫通し、同様にサポートリ ング７及び右側のマントルフランジ１６を貫通する開口孔１５が設けられ、ボル ト（図示せず）で結合される。マントルのフランジ１６及び１７はコンパクトな 形態をもち、いわゆるＦＥＭタイプのコンピュータ計算によって最適化されてお り、両者はサポートリング７及び炉本体フランジ８に対して小さな接触面積しか 有していない。かくして、ボルト又はフランジ１６及び１７のいずれにも受入れ がたい応力又は張力を生じさせることなしに、フランジ１６とサポートリング７ 及びフランジ１７と炉本体フランジ８それぞれの間の角度を変化させることがで きる。サポートリング７とマントルフランジ１６との間にいかなる半径方向の遊 びをも生じないように固定方法を選択したこともまた重要である。このようにマ ントル ６は炉本体２が炉内の熱により膨張して半径方向に動くことで与えられる新たな 位置へフランジ８が半径方向に動くのに追従することができるほどに、サポート リング７及び炉本体フランジ８の両方に対してフレキシブルに取付けられている 。しかしながら、サポートリング７は加熱されることがなく、炉ユニット１及び 炉本体２の温度変化にかかわりなく可能な限り低温に保持されているので、サポ ートリング７の位置は変化することがなく、マントル６は略円錐形をとることが できる。 かくして、熱膨張の結果による炉本体２及び炉本体フランジ８の動きは、マン トル６及びその連結によって略吸収される。炉本体からマントル６を介してサポ ートリング７へと重大な熱量が伝達されることはない。サポートリング６を加熱 する優勢で潜在的な熱源は炉本体２からの熱放射である。サポートリング７と炉 本体２との間に絶縁材料（図示せず）を設けることにより、サポートリング７を この熱放射からシールドすることができる。 実施例 サポートリングを炉ユニットに固定しかつ連結する本発明の装置を用いた直立 式の２つのＫａｌｄｏ型の炉が近年存在する。一方のユニットは、Ｋａｚａｋｈ ｓｔａｎの銅プラントであり、他方は、Ｂｏｌｉｄｅｎ ＡＢ所有のスエーデン のＲｏｎｎｓｋａｒ精錬炉である。両方のユニットとも等しいサイズで、以下の 主要な技術的仕様を有している。 総重量（煉瓦及び精錬材を除く） ２１３００ｋｇ 精錬重量（動作中） ６０００ｋｇ 煉瓦重量 １８５００ｋｇ 最大ティルト速度 ０．６ｒｐｍ 最大回転速度 ２０ｒｐｍ いずれの炉についても、サポートリング連結に起因する問題を起こすことなく 約８ケ月間にわたり稼働した。 Ｒｏｎｎｓｋａｒのユニットについて、ボルト結合の締付モーメント及びあら ゆる摩耗ないしサポートリングの他の損傷について、特に注意して行った最近の 検査によれば、供給時の状態と比べていかなる変化も機器には認められなかった 。従って、いままでのところ炉ユニットは略メンテナンスフリーのサポートリン グ連結を得ることに関するすべての目的を満足することが大いに証明された。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ル（６）の重大な湾曲ないし他の変形を全く伴うことな く、これらの動きはなくなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冶金用炉ユニット（１）であって、回転及び／又はティルト又は類似の動作 をする円筒形の炉本体（２）を有し、炉本体（２）の外側に配置され且つ前記動 きを生じさせ得るように機能する少なくとも１つのリング（７）が設けられ、各 リング（７）は炉本体（２）から距離を隔てて配置されると共に、炉ユニット（ １）の長手方向に延在する力伝達サポート部材（６）によって炉本体に結合され 、同力伝達サポート部材は、炉本体（２）の熱膨張の動きがリング（７）に伝わ るのを防止するようにしてあるとともに、炉本体の固有の重量と炉のチャージ重 量とによる外部負荷を吸収するようにしてあるユニットにおいて、サポート部材 （６）は炉本体（２）を取囲む閉じたマントルを備えると共に、炉本体（２）と リング（７）とにそれぞれ十分フレキシブルな取付けで連結されており、熱膨張 に起因して炉本体（２）の動きの結果生じ得るマントル（６）と炉本体（２）と の間の制限された角度の変化を許容し、それとともに、マントル（６）の実際の 重大な湾曲ないし他の変形を全く伴うことなくこれらの動きを除去することを特 徴とする冶金用炉ユニット。 ２．マントル（６）は円筒形であって、その一端ないし前記一端の付近の位置に おいて、炉本体（２）に固定されそこから外側に突出しているフランジ（８）又 はその類似物に連結されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の冶金用炉 ユニット。 ３．マントル（６）は円錐形であって、円錐形のマントルは最小断面側の端部に おいて炉本体（２）に取付けられていることを特徴とする請求の範囲１に記載の 冶金用炉ユニット。 ４．リング（７）と炉本体（２）との間に熱絶縁シールドが配置されていること を特徴とする請求の範囲１乃至３いずれか１項に記載の冶金用炉ユニット。 ５．マントル（６）及び／又は炉本体（２）のフランジ（８）は貫通する空気冷 却孔を備えていることを特徴とする請求の範囲１乃至４いずれか１項に記載の冶 金用炉ユニット。 ６．上吹き回転転炉（１）であって、円筒形の炉本体（２）、円錐形の底部分 （３）、及び上部分（４）を有すると共に、円筒形の炉本体（２）の外側に配置 されたサポートリング（７）を有し、前記サポートリング（７）は炉本体（２） とは間隔を隔てられていると共に、円筒形又は円錐形のサポート部材（６）を介 して炉本体へと連結され、サポート部材は転炉（１）の長手方向に延在して前記 炉本体（２）の熱膨張の動きを受入れるべく機能するものにおいて、サポート部 材（６）は閉じたマントルを備え、これは炉本体（２）を取囲むと共に炉本体（ ２）とリング（７）とのそれぞれにフレキシブルな取付けで連結されており、マ ントル（６）と炉本体（２）との間に、熱膨張に起因する炉本体（２）の動きの 結果として起る所定の制限された角度変化を許容して、これにより、マントル（ ６）の実際の重大な湾曲ないし他の変形を伴うことなく前記動きを除去すること を特徴とする上吹き回転転炉。